文丨波波百谈

编辑丨波波百谈

黑色页岩是深色细粒岩石，显示出古生态，地球化学和沉积学特征，这表明它们在缺氧环境中沉积。通常，它们具有精细的平行层压，不受底栖生物的干扰，有机物含量高（TOC>1%），与分散的硫化铁一起导致其深色。

波兰南部中侏罗统演替琴斯托霍瓦含矿粘土组的黑色页岩，它代表一类特定类别的浅海沉积物，由Wignall和Newton归类为“越界近岸黑色页岩”。与大多数越界的黑色页岩相反，黑色页岩积聚在死水柱下，是其形成时最深的水沉积物，波兰的这种黑色页岩沉积在一个相对较浅的高能量环境中，其中海底的氧合经常波动。

一、波兰南部中侏罗纪地质环境

所研究的矿床构成了海洋泥浆演替的一部分，称为琴斯托霍瓦含矿粘土组，属于广泛的中侏罗纪硅质碎屑复合体，发生在波兰低地和高地的广大地区。琴斯托霍瓦含矿粘土组，也称为含矿粘土，它位于一条狭窄的西北-东南方向带中，由二叠纪和中生代岩石构成。

含矿粘土的年龄由菊石确定为晚巴约纪-晚巴托尼亚，它覆盖在下巴约西亚沙质Kościelisko床上，在较老的中生代岩石上有一个地层间隙。向上，它进入浓缩的卡尔洛沉积物，被牛津石灰岩覆盖。

含矿粘土在琴斯托霍瓦以北约200米处达到最大厚度，在南部，它的厚度减少，在Ogrodzieniec以南，它楔入其他中侏罗纪硅质碎屑岩和钙质岩石，位于琴斯托霍瓦和奥格罗杰涅茨之间。

西里西亚-克拉科夫地区中侏罗纪矿床的岩石学和生物地层学与琴斯托霍瓦地区的理想化岩性测井。上图b （a）的岩性测井与波兰中槽区Brześć Kujawski IG 2的代表性剖面比较。

二、琴斯托霍瓦含矿粘土组特征

琴斯托霍瓦含矿粘土组由深灰色的钙质泥岩组成，有几个地层的菱铁矿和钙质凝结物以及粘土菱铁矿床。泥岩含有大量的石英砂（2.5-40%），淤泥（26-53%）和贝壳碎片，并富含有机物，其总含量（TOC）范围为0.8%至2.9%。

根据沉积学和鱼类学研究，沉积环境被解释为较低的近海到近海过渡带，周期性地传递到远端的下岸面。在半封闭的表大陆海的边缘部分，它意味着深度不超过几十米，可能暂时浅到20米以下。

这种情况很有可能发生，因为整个波兰盆地相对较浅。根据Feldman-Olszewska的说法，MPT区的深度仅略高于风暴波基础。详细的沉积学检查表明，海底经常受到风暴产生的底流的影响，这些洋流提供了大量的沉积物并重新加工了先前沉积的材料。

地球化学指标：Th/U、Ni/Co、V/Cr、（Cu + Mo）/Zn 比率、黄铁矿化程度 （DOP） 和黄铁矿 framboid 直径以及生物标志物特征，指向在含氧、非分层水柱下沉积，沉积物中普遍存在缺氧条件。

沉积学和鱼类学研究普遍证实了这一解释，但揭示了底水条件的明显垂直和横向变化，与氧化和沉积速率的变化有关。这种变异性记录在底栖动物和痕量化石协会的可变多样性以及原生沉积结构的保存状态上。

三、含矿黏土演替区分相特征

1. 层状泥岩相（Ml)这种相类型的特征在于出现保存完好的平行层压，未受底栖活动干扰或仅受底栖活动微弱干扰。由淤泥、沙子和/或贝壳碎片组成的薄片。随机分散在泥岩中或排列成薄片束，渐变的韵律岩，以及显示从沙子到粉质粘土和粘土的粒度渐变的单元。
2. 生物扰动强度稀疏到低（即= 2-3），痕量-化石关联的多样性低，在Ogrodzieniec暴露中观察到的完整鱼类化石关联包含五个鱼属，生物变形结构主要由隐生物扰动表示。除了贯穿整个矿床的Trichichnus和黄铁矿洞穴外，其他痕迹化石与淤泥砂层有关。

底栖动物群的唯一共同代表是表动物双壳类Bositra，它们以单个标本和层状平面上的大量出现形式出现。后者中的贝壳代表不同的大小等级，通常铰接，并保存在“蝴蝶位置”，这表明它们被原地保存并代表短期底栖殖民事件。

含矿粘土的相类型，上图a，b层状泥岩（Ml）：薄薄的淤泥层和两个薄片束;b 小淤泥砂透镜;c，d交替层状和生物扰动泥岩（M一个）：C层压（L）-生物扰动（B）对联，其中生物扰动部分完全均质化。

含矿粘土事件层的组成，上图a 石英淤泥和非常细的沙子堆积，还有一些核状双壳类的脱节壳。b 各种双壳类破碎壳的堆积，c 双壳类博西特拉破碎壳的堆积。d 覆盖着Bositra贝壳的垫层飞机，大部分是铰接的，保存在“蝴蝶位置”。

四、波兰南部沉积环境

Leonowicz先前研究了含矿粘土沉积过程中的沉积过程和海底氧化作用，淤泥砂和贝壳碎屑层的特征，加上它们在该部分中的随机分布以及波兰盆地的半封闭的表大陆特征，表明它们是风暴事件沉积物，沉积物由风暴引起的底部流从盆地较浅的部分带来。

粗粒材料以细粒悬浮流和流体泥浆层的形式与泥浆一起运输，其中上部作为悬浮液运输，下部作为床载运输。悬浮液沉积由几种结构提示：具有侵蚀基底和渐变顶部的薄片、正常梯度、精细平行层压和渐变韵律岩。

床载运输由小砂-淤泥透镜的出现来表示，这些透镜揭示了交叉层压和低角度层压，海底的侵蚀和先前沉积的沉积物的再加工，伴随着事件层的沉积，记录在反向梯度的淤泥砂层，具有尖锐的上部接触的层，挖掘出的深穴双壳类和轻微冲刷。

风暴事件层常见于相 Ml， M一个和 Cl，尽管在后者中，由于岩性对比度差，它们几乎不可见。这种薄片的遗迹也常见于相M的生物扰动泥岩中h和米m，表明类似的沉积过程。

这表明层压和生物扰动泥岩都起源于相对高能量的环境，经常受到底部洋流的影响，在相M的情况下m，生物变形结构的支配和其他鱼类化石的不规则，斑块分布表明沉积速率增加。

可能起源于波浪的沉积结构的稀缺性表明，海底大多低于风暴波底，只有在风暴甚至晴朗天气波浪的范围内才例外。然而，正如前面的部分所指出的，盆地的深度可能不超过几十米。

五、波兰南部海底氧化

海底氧合在从超氧到中度缺氧的演替中发生了变化，M型相中痕量化石和底栖动物群系的组成l， Cl和 M一个，其主要由耐受低氧水平的形式主导，指出沉积物和海底普遍存在的超氧条件，经常转变为低氧量。

Suboxic条件通过显示稀疏生物扰动强度，常见隐生物扰动以及包含Trichichnus和黄铁矿洞穴的痕迹化石协会的间隔来记录。其他鱼类化石的出现，更强的生物扰动和Bositra的大量出现反映了再氧合的时期，在此期间产生了缺氧条件。

根据再氧合期的持续时间，它们导致在相M中形成薄（几毫米厚）的生物扰动层。l和 Cl，或相对较厚（厚达10厘米），均匀和斑驳的间隔，具有分层的鱼织物，在相M中观察到一个。

在Bositra大量发生的情况下，促进其沉降的另一个因素可能是在海底出现更粗粒的堆积物，这是一种更稳定的基质，尽管这种双壳类由于其扁平，薄的阀门而可以很容易地直接生活在软泥上。

相类型 Mh和米m其特点是沉积物的中度至强烈的生物扰动，痕迹化石的多样性更高，以及常见和多样化的底栖动物群，这表明与层压沉积物相比，海底的氧合效果更好。

它们的特征表明，沉积物中充氧良好的底水和较低的缺氧条件，其中球粒陨石，Trichichnus和黄铁矿洞穴的生产者占主导地位。其他痕量化石起源于沉积物中氧气可用性增加（中等缺氧水平）的时期，使要求更高的动物能够在那里生活。

根据氧化程度及其持续时间，浅层鱼类织物和底栖动物群或多或少，在层压生物扰动对联从相M沉积过程中，缺氧条件也可能普遍存在一个，出现在一般生物扰动的演替中。它们可能是由于厚泥部分的偶发沉积引起的，其下部被大量快速沉积的沉积物阻止了生物扰动。

M型相的特征l， M一个和 Cl，指出在缺氧，超氧到低缺氧环境中的沉积，加上整个含矿粘土演替中有机碳含量的增加，是黑色页岩的典型特征。另外两种相类型，Mh和米m，代表深灰色生物扰动泥岩，起源于限制较少但仍然缺氧的条件。

六、沉积序列内的黑色页岩赋存

基底越界表面出现在Bajocian时代的厚砂岩复合体的底部，它覆盖着上托尔西亚博鲁西采组的冲积砂岩或下托尔西亚西乔奇内克组的海洋泥岩。这个复合体被一个发展不良且并不总是可识别的间歇地平线分为两部分，与地下的海洋回归有关。

下部可追溯到早期的Bajocian，被称为Kościelisko床，构成了最古老的循环TR0，与波兰中部的循环TR2相关。上部复合体是晚期Bajocian时代，并开始下一个周期TR1，在此期间开始了含矿粘土的沉积。

黑色页岩主要出现在含矿粘土演替的下半部分，直接覆盖较浅的海相砂岩;它在近端位置的部分中更为常见，其中它占序列的一半以上。黑色页岩与特定TR循环的相关性不明显。

在近端位置，它通常占据对应于整个周期的间隔，随着与海岸线距离的增加，即每个断面向北和向上的横向，层状相从TR循环的上部逐渐消失和含矿粘土演替的最上部仅出现生物扰动泥岩。

七、黑色页岩起源

基于黑海的环流，适用于通过地形屏障与公海隔开的海洋，这限制了水的交换，导致垂直混合的限制和永久盐跃层下缺氧的发展。在潮湿和温暖的气候时期，当高淡水通量导致盐跃层加深时，这种效应可能会加强，即使在海平面上升期间可以与海洋自由交换，也会阻止水柱混合。

大陆盆地黑色页岩形成模型，“淤泥盆地”模型，指由地形屏障与公海隔开的海洋。经修改的“淤泥盆地”模型，强调潮湿和温暖气候的影响。上升流模型，其中大陆架上缺氧的发展是由营养丰富的水的上升流引起的。

“最低含氧区”模式，其中开阔海洋缺氧层与大陆坡相交，大陆架海中的OMZ模型;缺氧是由于高有机生产力造成的，这是由于海洋越过大陆架期间营养供应增加引起的。

大陆架海域OMZ的替代型号;缺氧是由于盐跃层以下有机物保存增强而发展的。“不规则底部地形”（“水坑”）模型，假设在海底地形空洞中形成死水袋。h “膨胀水坑”模型，其中缺氧“水坑”在违规发展过程中向陆上扩张。i “淤积盆地越界化学”模型假设淤积盆地在海平面上升期间水停滞，然而，侵入速度缓慢导致流域保持浅水。

“光区真辛（PZE）”模型提出，由于养分供应增加，水柱内局部的丁新菌的发展。“近岸越界（TN）黑页岩”模型，其中缺氧在近岸环境中发展，其中少量水被困在温跃层下。

在Bajocian和Bathonian时期覆盖西里西亚 - 克拉科夫地区的中侏罗纪海的侵入导致Małopolska Land附近出现缺氧条件，导致黑色页岩沉积，黑色页岩构成含矿粘土演替的一部分，由三个相代表：层状泥岩（Ml）， 层压粘土石 （Cl）和交替层压和生物扰动泥岩（M一个)。

另外两种相类型在含矿粘土中区分，均质泥岩（Mh）和斑驳的泥岩（Mm），记录限制较少的缺氧条件。对沉积结构的详细分析表明，黑色页岩沉积在一个相对较浅（几十米深）的环境中，其特点是风暴产生的洋流经常对底部进行改造。

缺氧是由当地条件引起的，这些条件在Małopolska Land附近发展，并在黑色页岩沉积中发挥了关键作用。相关研究表明，沉积盆地近岸侵入性黑色页岩的形成主要取决于当地因素，可能无法反映全球和区域范围的海平面变化，其特点是海底沉降不等。

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